电工学第一章教案（共4篇）
电能的产生
在这一章内将介绍电能是如何产生的，并具体了解各种电源。电源是把其它形式的能量转换成电能的装置，按电源的工作性质可分为直流电源和交流电源。
1.1
1.1.1 电能及电路的基本物理量
一、电能
直流电源
1．电能是带电粒子在电场中所具有的能量，电能和其它形式的能量是可以相互转换的，而带电粒子的运动则是电能转换所必须的。
2．电能的产生就是将其他形式的能量通过一定的装置或设备转换成电能的过程。3．电能的应用就是将电能通过一定的电路设备转换为其他形式的能量。
4．电能的传输更加容易、成本较低，而且电能的使用方便，因此人们常常将其他形式的能量先转化为电能，再输送到远方，然后再加以利用。
二、电路
1．电路，从其名称上讲，就是电流的通路，是将电气设备或电子元件通过导线连接起来，从而实现某些特定功能的电流的通路。
2．电路的作用
其一是以传输、分配、转换电能为目的的供配电系统，因其功率、电流、电压的值较大，故也称为强电系统；
其二是以传送、处理、储存信号为目的的电子电路，因其功率、电流、电压的值较小，故也称为弱电系统。
3．表征电路的基本物理量 1)电流及其参考方向
iq
（1.1.1）t这个事先选定的假设方向就称为电流的参考方向或电流的正方向。以此为参考，若分析结果电流为正值则实际方向与参考方向一致，若为负值则实际方向与参考方向相反。
2)电动势 在电源中，外力对单位电荷量所作的功也就是单位电荷所获得的能量称为电动势，所以电动势是描述外力对电荷作功大小的物理量。
e电动势只存在于作为电源的导体中 3)电压及其参考方向
W
q电压是描述电场力对电荷做功大小的物理量。
电压的实际方向为从电源正极指向负极，也就是使正负电荷复合的方向，其大小为
uW 标注：
qW
quAB根据假设的电流方向来确定导体中各点之间的电压指向，称为电压的参考方向，即是从假想的高电位点（带正电）指向低电位点（带负电），也可以确定电源中电动势的指向，称为电动势的参考方向，这个参考方向不必用箭头表示，只要在图中用＋、－号标出各段导体二端相对的电位高低就可以了。
4)电功率
电功率是单位时间内元件（或电路）转换的电能量，即
pui
吸收的功率和发出功率
1.1.2 直流电源的特征
直流发电机、各种电池都是直流电源，它们共同的特点是电压和电流的大小和方向不随时间而变，所以称为直流。外部特性，即接上用电负载以后，就能向负载提供电流，而且接上负载后的电源端电压要低于不接负载（即电源两端是悬空的）时的电源端电压。
电压源和电流源就是二种表征理想电源特性的理想电路元件。
一、电压源
1．电压源的两个基本性质
（1）它的端电压是定值U，而与输出电流无关。（2）其输出电流的大小和方向，是由与它连接的外电路负载所决定的。2．电压源符号
(a)实际电源符号
（b）电压源的一般符号
图1.1.2电压源的电路符号
3．实际电源，在一般情况下，可以用一个电动势为E的电压源和内阻R0相串联的电压源模型来表示
UEIR0
(1.1.5)
二、电流源
1．电流源的两个基本性质
（1）它发出的电流是定值Is,而与其输出的端电压无关，即使是端电压为零时，它发出的电流仍为定值Is。
(2)其输出端电压的大小和方向是由与它连接的外电路负载所决定的。2．电流源的符号
Is
图1.1.6电流源的符号
3．实际电源，可以用一个电流源Is和电阻R0相并联的电流源模型来模拟。
IaUb
ISR0 3 图1.1.8 实际电源的电流源模型
IIsUR0
(1.1.6)3.电压源模型与电流源模型之间的等效变换
一个实际电源既可以用电压源模型来表示，也可以用电流源模型来表示，那么这两种模型之间一定存在相互等效变换的关系。所谓等效是对外电路而言的，即当两种电源模型分别连接相同的外电路，它们对外电路产生的效果完全一样，但这两种电源模型内部结构并不一致，所以内部不能等效。
图1.1.10 电压源模型与电流源模型的等效变换
一个电动势为E的电压源和某个电阻R0串连的电路，都可用式(1.1.8)变换为一个电流为Is的电流源和这个电阻R0并联的电路，反过来，一个电流源与电阻并联的电路也可以变换为一个电压源和电阻串联的电路，两者是等效的。值得注意的是，电压源和电流源本身之间没有等效关系。因为电压源的内阻R0=0，而电流源的内阻R0∞，所以两者之间不存在等效变换的条件。
1.1.3 一次性电池
一、化学电源是把化学能直接转换成电能的装置。按可否充电分为一次电池（不可再充电）和二次电池（可再充电）两类。二、一次性电池又称干电池（电解质不流动），1．干电池主要有六个系列：普通锌锰（中性锌锰）、碱性锌锰、锌汞、锌空气、镁锰和锌银。其中锌汞电池因汞造成污染，锌银电池又消耗大量的白银，因而使其发展受到一定 4 的限制，锌空气电池随技术的发展有一定的市场，镁锰电池主要用于军事项目，普通锌锰电池已发展为纸板式干电池，碱性锌锰电池已有很大的发展，比普通锌锰电池更适用于高负载，目前被普遍采用。
2．干电池组成
负极----向外电路释放电子，在电化学反应中自身或反应物被氧化，一般由锌片等构成。
正极----从外电路接受电子，在电化学反应中自身或反应物被还原，一般由碳棒（二氧化锰和石墨）构成。
电解质----离子导体，离子在电池正、负极之间移动。典型电解质是液态的，某些电池采用在运行温度下呈离子导体的固体电解质。3．电池的等效电路。
一般干电池的单体电动势E约为1.4～1.6V,特殊干电池各不相同，内电阻R0约为0.1～0.5Ω，随着使用时间的增长逐渐增大。
4．干电池使用 可串联或并联使用
根据不同的要求，选择适合型号的电池。 电池在长时间不使用时，应将它退出电器设备 电池应保存在阴凉、干燥之处
用完后的电池应投入专门的回收箱内，不要随便丢弃，防止发生环境毒性污染。无论是民用还是军用微型电子装置中都迫切需要电动势高、重量轻、体积小、性能好的电源系统。五十年代发展起来的锂电池具有容量大、自放电少、温度特性好等优点，其电动势为3V左右，在航空技术、监控装置、心脏起搏器、高级石英手表以及存储器等电子装置中被广泛使用。
1.1.4 可充电电池（此小节前两部分与原书P14至P15的1.1.3节一样）
可充电电池是一种可反复充电的还原性二次电池。充电时将电能转变成化学能并储存起来，使用时，再将化学能转换成电能并向负载释放。这种电能----化学能的转换是可逆的。
一、铅酸蓄电池 1．特点
电动势较高、结构简单、适用温度范围大、容量大、原料丰富、价格低廉。但也存在比 5 较笨重、防震性差、自放电较强、有氢气放出、易爆等缺点。它主要用于车辆的起动电源和实验室中。
2．基本部件
正极板、负极板、电解液、隔板、蓄电池槽。正极板是由二氧化铅（PbO2）构成的生极板，负极板是由海绵状的金属铅（活性物质）构成的熟极板，电解液为稀硫酸（H2SO4）溶液，隔板是由玻璃丝等聚合物材料构成。
3．工作原理
充电后的蓄电池两极之间的电压约为2.1V。当两极板间的电压U降低到1.8V时，电解液中硫酸（H2SO4）成份逐渐减少，两极板均变成硫酸铅（Pb SO4），蓄电池放电结束。
蓄电池充电时，将两季节在电源的正负极上如图1-12（c）所示，组成充电电路。反方向的充电电流使电解液中硫酸（H2SO4）浓度逐渐增大，H不断移向负极，在负极上生成海绵状的铅，并放出氢气，SO4不断移向正极，是正极还原成PbO2，并有氧气放出，所以充电过程必须加水以补充水的流失。当极间电压达到2.5～2.7V时，充电结束。
已经生产出免维护的密封式铅蓄电池，能方便的使用于汽车及电动车上，运用中基本上对环境没有污染。
二、镍镉电池
1．性能：容量高、内阻小、能大电流充放电、寿命长、自放电小、低温性能好、维护简单。尤其密封式电池可以以任何放置方式加以使用，无需维护。其缺点是价格较贵、有污染、单体电压低（1.25V），而应用不及铅蓄电池广。不过它的重复使用可达上千次。
2．结构
镍镉电池的负极为氢氧化镉（Cd(OH)2）和氢氧化铁（Fe(OH)3）,正极为氢氧化镍（Ni(OH)2）,电解液溶液为氢氧化钾（KOH）,壳体使用二次防爆装置封装，外壳为负极，盖板为正极，盖上有排气孔。为了适应特殊需要，它的型式和结构是多种多样的，可大致分为开口式和密闭式两种。按其结构又可分为平面式、圆筒式和钮扣式等。
镍镉电池在正常的放电时间内，电压基本保持不变，但一旦超过正常放电时间，电压将骤然下降。使用中若过度放电或充电不当，将会影响其使用寿命。
镍镉电池在电气设备、通信器材、卫星火箭等方面得到广泛的应用，由于存在着严重的镉污染，使镍镉电池的应用和开发受到限制。目前开发的以新型储氢材料----钛镍或镧镍合金作为负极材料做成的氢镍电池。其容量是镍镉电池的1.5倍，而开路电压及售价基本相同，同时它充电时间比镍镉电池短，并能低温快速充电，所以应用日益广泛。
2-+三、二次锂电池（锂离子电池）
自阿曼德(Ａｒｍａｎｄ)于1980年提出了“摇椅电池”(ＲＣＢ)概念后，日本索尼和三洋公司分别于1985年和1988年开始了锂离子电池的实用化研究。1991年6月，由索尼公司开发成功。世界上第一部采用锂离子电池的移动电话上市后，激发了世界各国对锂离子电池研制开发的热潮，锂离子电池被人们称之为“最有前途的化学电源”，甚至称为“极限电池”或“最后一代电池”。在这之后，松下、东芝、三洋及SAFT和MOLI公司等先后研究和开发出了类似产品，锂离子电池已经成为世界各国研究开发的重点。
1．主要构造部分有负极、正极、能传导锂离子的电解质以及把正负极隔开的隔离膜。锂离子电池负极是碳素材料，如石墨等；正极则是含锂的过渡金属氧化物，如LiCoO2、LiMn2O4等；电解质是含锂盐的有机溶液。
2．它的工作原理比较简单，之所以被称之为锂离子电池是因为这种电池无论在正负极中还是在电池隔膜中，锂都是以离子形式存在的。锂离子电池在充放电过程中，锂离子在正负极之间及电解质、隔膜中定向运动。充电时在电场驱动下锂离子从正极材料中脱出，穿过电解质及隔膜向负极方向迁移，在负极上捕获一个电子被还原为锂，并存贮在具有层状结构的石墨中；放电时，过程正好相反，在负极中的锂会失去一个电子而成为锂离子，并穿过电解质及隔膜向正极方向迁移，并存贮在正极材料中，电子则通过了用电设备，并为之供电。由于在充放电时锂离子是在正负极之间来回迁移，所以锂离子电池通常又称摇椅电池(Rocking chair battery)。
3．特点
锂离子电池是目前二次电池中比能量最高的一种新产品，堪称电池之王。
比能量高、工作温度范围宽、工作电压平稳、贮存寿命长(相对于其他二次电池)、工作电压高(一般在2.5Ｖ～3.6Ｖ之间,有的产品达到4.2Ｖ)等，比一次锂电池的平均工作电压(2.0Ｖ～3.0Ｖ)还要高出0.5Ｖ左右。从安全性来讲，锂离子电池要比以金属锂为负极的一次锂电池安全得多，电池通过过充、短路、穿刺、冲击等滥用试验，均无危险发生。锂离子电池与镍镉电池一样可以快速充电，且无记忆效应，远比镍镉电池优越。而且，世界环境保护组织早已把用作电池原材料的镉(Cd)、汞(Hg)、铅(Pb)等三种元素列为有害物质，镍镉电池的生产和应用受到限制。因而，锂离子电池被称之为“绿色”电池。
锂离子电池在军事装备及航天事业中的应用前景广泛，军事装备中的电源包括动力车起动电池、无线通讯电台电源、特种兵器使用的电池，如水中兵器电源(包括鱼雷、水雷和声纳干扰器等)、微型无人驾驶侦察飞机动力电源(包括摄录像装置电源)、带引信装置的预埋 式各种地雷电源等。
目前，对锂离子电池的负极材料、正极材料、电解质材料研究不断取得新的进展。凝胶聚合物锂电池已率先商品化，其产品以具有超薄、轻便、高能量密度等特点很受用户的欢迎。固体聚合物电解质的研究也取得了许多进展，室温离子导电率以及机械加工性能有了很大的改进。固体锂离子电池具有很好的使用安全性能，在未来的电动汽车上有很好的应用前景。
*1.1.5 燃料电池
一、燃料电池是利用在电池内发生的所谓燃烧反应，将化学能直接转换为电能的装置。
二、特点
1．从理论上讲，其能量转换率要比火力发电高很多，只要不断地供给它燃料，就像往炉膛里添加煤和油一样，就可连续不断的输出电能。
2．实际上，由于部件老化和故障等原因，它也有一定的寿命。
3．燃料电池却是一个开放的电化学体系，与环境既有能量的交换，又有物质的交换。由于需要不断地提供燃料，带走反应生成的水和热量，因此需要一个比较复杂的辅助系统。
4．能量转换效率高。燃料电池的最高效率可达90％，且与规模无关。它还可在半额定功率下运行。它可以设在用户附近，大大减少了电能传输费用及损耗。在其发电的同时，还可产生热水及蒸汽。
5．可靠性高。由于燃料电池的转动部件很少，因而系统更加安全可靠，不会发生像燃气涡轮机或内燃机因转动部件失灵而发生的恶性事故。
6．良好的环境效益。环境污染大多来源于各种燃烧，普通火力发电厂排放的废物有颗粒物（粉尘）、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、碳氢化合物（HC）以及废水、废渣等。燃料电池排放的气体仅为最严格的环境标准的十分之一，温室气体的排放量也远小于火力发电厂。它的电化学副产物是水，其量极少，且清洁得多，无需设置废气处理系统。另外，它在运转过程中噪声很小，对环境影响小。
7．燃料电池由于技术不够普及，无完善的燃料供应系统，市场价格昂贵，高温时寿命及稳定性不理想，还未进入大规模的商业化应用。
三、氢氧燃料电池工作原理及结构示意图。
1．其结构主要包括氢电极（负极）、氧电极（正极）和电解液。2．工作原理
氢在负极扩散，与电解液发生化学反应，并放出电子，这些电子经过负载到达正极。在正极上氧原子接受电子后生成氧离子，与电解液中的水发生反应产生氢氧离子，再与失去电子的氢离子结合生成水，并放出热量。为提高反应速率，电极一般采用多孔材料，以增加气体与电解液的接触面积，并采用催化剂及提高电池工作温度。而其它燃料如天然气、煤气等，须经催化裂化或改质以得到氢，在燃料电池中氢电极亦称为燃料极。燃料电池的输出电压约为1V.*1.1.6 太阳能电池
太阳能是一种可再生的、取之不尽的有效能源。每年太阳照射到地球上的总热量有1.5×10kW·h，相当于世界总需求能量的数万倍。利用太阳能不会改变地球的热能平衡，不会产生生态污染和温室效应。但它的能量密度很低，只有1kW/m，且昼夜及季节间的差别很大，所以在使用上需要解决设备工作效率低和成本高的问题。太阳能电池是利用半导体的光电效应，使光能直接转换成电能的装置。
太阳能电池可分为：晶体硅和非晶体硅（包括砷化镓、硫化镉、化合物半导体及金属氧化物电池）二种，晶体硅太阳能电池又可分为单晶硅和多晶硅太阳能电池，这类电池可靠性高、转换效率高达10％～25％、资源丰富、无毒性，目前正向薄片化及大面积化方向发展，是市场上的主导产品。非晶体硅太阳能电池是近二、三十年才发展起来的一种新型薄膜太阳能电池，它耗材少，生产工艺简单，便于大面积连续生产，成本较低，在电子产品、通信、中小型并网发电等方面广泛应用。
1.1.8 直流发电机
218
一、直流发电机
1． 用途，把机械能转换成直流电能的旋转机械。
2． 应用，用于蓄电池充电、同步电机励磁、电解和电镀、直流电动机及汽车、船舶的用电等方面，3． 发展，由于直流发电机构造复杂、能耗大、维护要求高、噪声大，随着电力电子技术的迅速发展，它逐渐被半导体整流电源所取代。二结构
1．磁极是用来在电机中产生磁场的，它分成极心和极掌两部分。极心上放置励磁绕组，极掌的作用是使电机空气隙中磁感应强度的分布最为合适，并用来挡住励磁绕组。磁极 是用钢片叠成的，固定在机座（即发电机外壳）上。2．机座也是磁路的一部分，它通常使用铸钢制成。
3．电枢是发电机中产生感应电动势部分，它是旋转的。电枢铁心呈圆柱状，由沿圆周冲槽的硅钢片叠成，槽中嵌放电枢绕组。
4．换向器装在转轴上，它是由楔形铜片组成，铜片间用云母垫片绝缘。电枢绕组的导线按一定规则与换向片相连接。换向器与电刷是直流电机的构造特征，用以将电枢绕组内的交流电流转换为对外电路输出的直流电流。
三、直流发电机的工作原理
直流发电机在运行时，电枢由原动机驱动而在磁场中以恒定的转速旋转，在电枢线圈的两根有效边（切割磁力线的部分导体）中便感应出电动势。尽管在每一有效边中感应出的电动势是交变的，但在紧压在换向器上的电刷之间出现的电动势或电压的极性是不变的，这样输出电流的方向就一定。
四、直流发电机通常按励磁方法分为：他励、并励、串励和复励发电机。
他励发电机的励磁绕组是由外电源供电的，励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。其余三种发电机的励磁电流即为电枢电流或电枢电流的一部分，所以它们也称为自励发电机。
1.2 交流电源
交流电的优点：
变压方便，做到远距离、低损耗地传输电能。
正弦量无论做加法运算、减法运算、积分或微分运算，其结果依然是同频率的正弦量，因此在正弦交流电路中各个正弦交流电量频率相同，分析计算方便。 正弦交流电量变化平滑，在正常情况下不会引起过电压而破坏电器设备的绝缘。 电动机等交流电器设备采用正弦交流可以使其性能最优。1.2.1 正弦交流电压的产生
一、概念
随时间按正弦规律变化的电压、电流、电动势称为正弦交流电，它是由交流发电机或正弦信号发生器产生的。
二、正方向
即代表正半周时的方向。在负半周时，由于所标的方向与实际方向相反，则其值为负。1.2.2 正弦交流电量的频率、大小、相位、有效值
一、频率与周期
1． 周期：正弦交流电量变化一个循环所需的时间（秒）称为周期T。2． 频率：每秒内变化的循环次数称为频率f, f3． 角频率：1。T22f，单位是弧度每秒（rad/s）。T
二、幅值与有效值
1．瞬时值：用小写字母来表示，如i、u及e分别表示电流、电压及电动势的瞬时值。2．幅值或最大值：瞬时值中最大的值，用下标m的大写字母来表示，如Im、Um及Em分别表示电流、电压及电动势的幅值。
12idt3．有效值：正弦电流的条件下可得I=T0T=
TIm122Isintdt=，mT20同理正弦电压或正弦电动势的有效值为U
三、初相位
Um2、EEm2。
1．初相位：正弦电流为iImsin(t)，（ωt+Ψ）成为正弦量的相位角或相位，它反映出正弦交流电量变化的进程。t=0时的相位称为初相位角或初相位，一般用Ψ表示。
2．相位差：两个相同频率的正弦量的相位角之差或相位之差，称为相位角差或相位差，用φ表示。则：
(t1)(t2)12（1-5）
u较i先到达正的幅值，这称为在相位上u比i超前φ角，或者说i比u滞后φ角。若u和i具有相同的初相位，即相位差φ=0,称为同相（相位相同）；而u和i具有相反的初相位，即相位差φ=180°，称为反相（相位相反）。
1.2.3 三相交流电 一、三相同步发电机
1．主要组成部分是电枢和磁极。
2．电动势的产生
二、电动势表示： 1．如以A为参考，则有
eBEmsin(t120) eCEmsin(t240)Emsin(t120)eAEmsint 并有eA +eB +eC=0
2．相序：三相交流电出现正幅值（或相应零值）的顺序称为相序。在此相序是A→B→C。
三、星形联结
1．星形联结：发电机三相绕组的联接通常将三个末端联结在一起，这一联结点称为中点或零点，用N表示。从中点引出的导线称为中性线，俗称零线。从始端A、B、C引出的三根导线称为相线或端线，俗称火线。
2．相电压：每相始端与末端间的电压，即火线与地线间的电压，称为相电压，其有效值用UA、UB、UC或一般地用Up表示，其正方向为自始端指向末端。
当绕组中没有电流时就有uAeA、uBeB、uCeC及UmEm成立，即有
uAUmsintuBUmsin(t120)
uCUmsin(t120)3．线电压：任意两始端间的电压，即两火线间的电压，称为线电压，其有效值用UAB、UBC、UCA或一般地用Ul表示，其正方向由其下标确定，例如UAB是A端指向B端。
uABuAuBUm[sintsin(t120)]3Umsin(t30)同理 uBCuBuC3Umsin(t90)（1-9）
uCAuCuA3Umsin(t150)它们和电源电动势一样都是对称的同频率的正弦量，相电压的大小等于绕组电动势，线电压的大小是相电压的3倍，即 Ul3Up(1-10)1.2.4 水力发电站
一、水利发电原理
水力发电站是利用高位水和低位水之间因落差所具有的水位能，通过水轮机转换成机械能，再通过发电机转换成电能。
水力发电的开发包括一般水力发电站例如三峡水电站和大规模的抽水蓄能发电站例如浙江天荒坪抽水蓄能电站，近年来抽水蓄能发电站在水力发电中占有的比例日益增大。
二、水力发电站按构造及落差方式的分类
1．引水式水力发电站 在河流的上游建立一个引水口，利用斜坡较缓的水渠，将水引到一定落差的地点，利用水的冲击力发电。
2．堤坝式水力发电站 在山间河道狭窄的地方，建立起切断水流的大坝，将河水堵住，使水位提升，利用坝前后水的落差发电。
3．混合式水力发电站 把引水式和堤坝式组合在一起的混合方式，用水坝将水位提高，再建水道将水引到下游去发电。
三、水力发电站按水的运行方式的分类
1．抽水蓄能发电站 在夜晚轻负荷时，大容量的核电站和火力发电厂的设备利用率下降，产生剩余电能。利用这些多余的电能，用泵将下游水库的水，抽到上游的水库中储存，在重负荷时，再利用上游水库的能量发电。按照安装泵的方法分，有既作水轮发电机又作抽水泵的可逆式抽水蓄能发电站及发电机、抽水泵分别安装的独立式抽水蓄能发电站。
2．径流式发电站 它不调节河水的流量，是利用自然河水的发电方式，这种发电站的建设成本较低。但是，当河水流量大时，要放弃一部分水，在枯水期，发电量必须减少。
3．调节式发电站 建一个取水坝，在水路途中建一调节水库，当自然流量少发电站用水不足，或负荷增大时，使用调节水库的水发电。
4．水库式发电站 这种发电站的水库比调节水库大，可以贮存溶化的冰雪、梅雨、台风水等，可以调节河流流量的季节变化。
1.2.5 火力发电站
一、火力发电原理
火力发电就是将石油、煤、液化天然气等矿物燃料所具有的热能通过水蒸气转换成机械能，再推动发电机转动，产生电能。
二、火力发电厂的构成
1．锅炉是将燃料的能量高效地转化为热能的装置。它燃烧煤炭、重油、液化天然气等燃料产生蒸汽，其辅助设备有燃烧器、空气预热器和通风设备等。
2．汽轮机是将蒸汽所具有的热能转换成机械能，而后推动发电机的装置。按蒸汽的作用方式可分为：冲动式汽轮机、反动式汽轮机和冷凝式汽轮机等。
3．冷凝、给水设备是将汽轮机排出的蒸汽冷凝为冷凝水，而后经冷凝水泵将该冷凝水作为给水送到锅炉去的装置。它包括冷凝处理、加热和锅炉给水全套设备。
4．汽轮发电机是将汽轮机机械能转换成电能的装置。汽轮机的转子带动发电机转子转动发电，再经过变压器升压，送到电网中。大型发电机的端电压为15~30kV(线电压)，中、小型发电机的端电压一般为3.3~11kV。每台发电机接一台主变压器，变压器的容量可达230~1100MVA,高压侧的线电压为66~500kV。
5．火力发电厂的运行控制是由中央调度所大型计算机实施的。
6．建设地点：为了确保燃料供应和冷却水等条件，火力发电厂大多建立在江河沿岸、沿海地带或煤炭、石油、天然气产地附近。但在工业区和城镇附近，也建有中小型热电厂，以便就近供电及供蒸汽。
*1.2.6 核能发电站
一、核能发电原理
核电站是利用铀燃料原子核裂变过程中释放的核能来发电的。铀燃料的原子核受到外部热中子轰击时，会产生原子核裂变，分裂为两个原子核，并释放出大量的热量。该热量将水变为水蒸气，然后把它送到汽轮机发电，其原理同火力发电一样。
二、核燃料
1．核电站中使用的是将铀235的比例浓缩成2%~4%的核燃料棒，在长时间内渐渐地将能量放出发电。
2．铀235的原子核，每次裂变会产生能量，并放出2~3个高速的中子。在轻水反应堆中，减速为核裂变物质容易吸收的热中子，再轰击稳定的原子核，引起核裂变连锁反应。在反应堆中通过控制棒吸收热中子来调节核裂变的连锁反应。
3．占97%不能燃烧的铀238，会吸收在核裂变时放出的中子，其中0.6%变为钚239，钚239也会产生原子核裂变，在裂变的同时释放出能量。将核燃料放入反应堆之后，钚随着燃料的燃烧而增加，核电站三年累计发电量的30%是由钚发电的。
4．乏燃料，核燃料燃烧后被消耗而减少，最终就不会进行连锁反应，成为乏燃料。要用钢铁和铅做成的屏蔽容器贮藏冷却许多年后，运回工厂再进行化学处理，分离回收铀，以便经浓缩后重新使用，这称之为核燃料循环。然后将分离后剩下的核生成物硝酸溶液（废液），再和水泥材料混合，固化在不锈钢容器中，放在地下数百米深的地下层中长期储存。
三、核电站的系统、设备和工作原理
压水堆核电站主要由核反应堆、一回路系统、二回路系统及其他辅助系统所组成。1．核反应堆是核电站动力装置的重要设备。它是用低浓缩铀作核燃料，实现可控制链式裂变反应的装置，堆内用轻水作慢化剂和冷却剂。
2．一回路系统
高压的冷却水由主循环泵压送流经反应堆，吸收核燃料裂变放出的热能后，流进蒸汽发生器，通过蒸汽发生器再将热量传递给在管外流动的二回路给水,使它变成蒸汽；此后，再由主循环泵将冷却水重新送至反应堆内。如此循环往复，构成一个密闭的循环回路。一回路系统的压力由稳压器来控制。
3．二回路系统是将蒸汽的热能转化为电能的装置。二回路给水吸收了一回路的热量后成为蒸汽，然后进入汽轮机做功，带动发电机发电。做功后的乏气排入冷凝器内，凝结成水，然后由凝结水泵送入加热器，加热后重新返回蒸汽发生器，构成二回路的密闭循环。*1.2.7 风力发电
风能（约210W）比可开发利用的水利资源总量还要大10倍。
风力发电机是将风能转换成机械能，再把机械能转换成电能的机电设备。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机构将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度，便可以开始发电。风力发电机通常由风轮、对风装置、调速装置、传动装置、发电机、塔架、停车机构等组成。
风轮的作用是吸收风能，并将风能转变成机械能，再由风轮轴将能量送给传动装置。机头座用来支撑塔架上方的所有装置及附属部件，它牢固与否将直接关系到风力机的安危与寿命。
回转体（转盘）是塔架与机头座的连接部件，机头座安装在回转体的内圈上，并通过固定在塔架上的外套之间的轴承和对风装置相连，在风向变化时，机头便能水平地回转，使风轮迎风工作。
调速装置，在风速大于额定风速时起限速作用，当风速增至停机风速时，调速装置能使风轮停机。
风力发电机也可由手刹车机构控制其停机。
发电机是将由风轮轴传来的机械能转变成电能的设备。风力发电常用的发电机有4种。（1）直流发电机
常用在微小型风力发电机上，直流电压为12、24、36V等。中型风力发电机上也有采用直流发电机的。（2）永磁发电机
常用在小型风力发电机上，中、大型风力发电机上一般不用。其电压为115、127V等，有交流也有直流。最近我国发明了交流电压440V/240V的高效永磁交流发电机，可以制成多极低转速，比较适合风力发电机用。（3）同步交流发电机
它的电枢与主磁场同步旋转，其工作原理参见1.2.3节。（4）异步交流发电机
异步交流发电机的电枢与主磁场不同步旋转，其转速略比同步转速低，当并网时它的转速应高于或等于主磁场转速。
16 *1.2.8 其它发电方式
电能除了用上述几种方式提供外，目前正在开发利用的还有磁流体发电、地热发电、海洋发电等。
一、磁流体发电
1．磁流体发电是利用高温导电流体高速通过磁场，在电磁感应的作用下，将热能转换成电能。
2．磁流体发电具有以下特点：（1）效率高 总效率可达52%。
（2）起动快
可以在几秒钟内达到额定负荷。因此磁流体发电机可作为特殊试验用的脉冲电源或尖峰负荷电源，这是其它发电方式无法比拟的。
（3）环境污染少
磁流体-蒸汽联合电站的热效率高，热污染大大减少。采用了多种措施减少排烟废气中的二氧化硫，氧化氮等污染物的排放。（4）结构简单，制造方便
二、地热发电 1．地热资源
（1）水热资源 其温度从室温到360C不等，约占已探明地热资源的10%。（2）地压资源 温度处于150~260C之间，储量大约是已探明地热资源的20%。（3）干热岩 它是地层深处具有150~650C的固体热岩层，其储藏的热能占已探明地热资源的30%。
（4）熔岩，它是650~1200C处于熔化状态的熔岩，其埋藏部位最深，约占已探明地热资源的40%。
2．地底深处储留层的地热流体温度在200C以上，当储留层的温度高时，利用地热流体使部分热水汽化，这种发电称为闪蒸方式。
3．在储留层的温度低时，可采用另外的发电方式。即将热水抽上来，通过热交换器，加热二次媒体（沸点低的媒体）将它变成气体，驱动热介质汽轮机旋转。
三、海洋发电
1．潮汐发电
潮汐发电和水力发电的原理差不多。它是在海湾或有潮汐的河口上建筑一座栏水堤坝，形成水库，并在坝中或坝旁放置水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海洋水位的升降，使海水通过水轮机时转动水轮发电机组发电。
2．波浪能发电
海洋波浪具有很大的能量，每平方公里海面上，波浪的功率可达
0
0
0
0
010~20万kW。目前波浪能发电装置就原理来说大致分为三种：① 利用海面波浪的上下运动产生空气流或水流而使轮机转动；② 利用波浪装置前后摆动或转动产生空气流或水流而使轮机转动；③ 把低压大波浪变成小体积高压水，然后把水引入某一高位水池积蓄起来，使其产生一个水头，从而冲动水轮机。波浪发电装置可以浮在海上，也可建在海岸，成为固定式发电装置。同时也可以把许多几千瓦的小功率波浪发电装置串接起来，产生较大的功率。
3．海洋温差发电
它是利用海洋的表层温水和1000米深处以下的冷水之间有20C左右的温差进行发电。其工作过程为：由温水泵吸取海洋表层温水，在蒸发器中使氨气气化膨胀为蒸汽，做功推动汽轮机转动发电。来自汽轮机的蒸汽用冷凝器中流过的深海冷水冷却成氨水，再泵入蒸发器完成循环。
0
图1-30
海洋温差发电原理
教 案 内 容
教案内容
第一章
市场营销概述
第一节
市场营销和市场营销学 一． 市场营销及核心概念
1.市场营销的含义 2.核心概念
3.案例一:坐困愁城的发明家
二． 市场营销学的产生和发展
1.市场的概念
2.市场的构成要素 3.市场的分类
（一）市场营销的含义
“市场营销”一词译自英文“Marketing”。
1.市场营销、市场行销、市场销售、市场运销、市场营运等；
2.市场学、市场营销学、市场销售学、市场运销学、市场营运学等等。3.定义：市场营销就是通过市场交换活动，引导商品或劳务流向顾客，以满足顾客需求，实现企业目标的综合性商务活动过程。包括市场调查和预测，选择目标市场、产品的研制、开发、设计、生产和定价，选择销售渠道，产品促销，产品运输、储存、销售以及销售服务等一系列活动。
（二）核心概念
1、需要：指人们没有得到某些基本满足的感受状态，它是由人类自身的生理条件及其所处的社会环境所决定的
2、欲望：是指人们想得到基本需要具体满足物的愿望。
3、需求：是指对某种具体产品有支付能力的购买欲望。
4、效用、费用和满足:是消费者对产品满足其需要的整体能力的评价.同时还要考虑所要支付的费用及提供的满足程度大小来决定十分购买。
5、交换和交易:一个人可以通过四种方式获得自己所需要的产品:第一是自行生产;第二是强制取得;地第三是乞讨;第四是交换。
所谓交换，是指通过提供某种东西做为回报从别人那里取得自己所需要的物品的 行为.交易是交换的结果。
二、市场营销学的产生和发展
（一）国外市场营销学的产生、发展
1、萌芽阶段（1900-1920年）
2、应用与发展阶段（1921-1945年）
3、形成和巩固阶段（1946-1955年）
4、完善和创新阶段（1956-）
（二）我国市场营销学的形成、发展
1、引进、传播阶段（20世纪80年代初）
2、研究、形成和应用阶段
案例一：坐困愁城的发明家
能源危机引起了各种各样严肃而又有趣的发明，这些发明都是为了节省矿物燃料或开辟新的能源。比如用廉价原料玉米制成液化气、利用太阳能和分能，或采用可使用多种能源的机器以提高原料的利用率等等。
有位发明家研制了一种同时兼备上述三种特点的小汽车，他将汽油箱改为一个高效能的快速甲烷发生器，该发生器可把有机物如杂草等随时转化为燃料；汽车棚顶上装有太阳能电池板，当甲烷用完时可由电池驱动，而在平时电池板给蓄电池充电；另外车上还装有一对风翼，以便在风向和风速适宜的条件下使用。这种汽车采用最先进的设计、材料和工艺技术，不仅重量轻，而且装有十分理想的气动装置。
这位发明家认定这是一个成功的创造，因此便回到老家——墨西哥的一处深山里。他自信世界上所有的厂商都会蜂拥而至，坐等在家也会有人踏出一条通向他家的路来，可最后什么人也没等到，那项杰出的发明放在那里生了锈布满了尘埃。
为什么没人来买这位发明家的小汽车呢？就是因为没有进行营销，他没让需要购买汽车的顾客知道他的产品，也没有把这种汽车的优点和情况告诉顾客，即使有人远道而来购买汽车，恐怕这位发明家也不知道给汽车定多高的价格。
这位发明家没有对其产品进行分配，没有进行广告宣传和定位，最糟的是他没有考虑市场，更没有考虑到影响市场的环境。首先，由于近年来墨西哥发现了大量的油田和天然气，不存在能源危机问题，以致对他那种汽车的需求量不大；其次，这种车最多只能乘坐四个人，而墨西哥人的家庭往往人口较多；另外，他也没有考虑到环境保护者的干预，因为甲烷发生器会产生污染。他认为这种汽车在美国会有可观的市场，因为那里汽油短缺且价格高，可他没料到墨西哥政府和某些官员会反对向美国出口这种汽车，因为向美国出口这种汽车，会减少美国对墨西哥石油的潜在需求量
这样，由于没做任何营销方面的工作，没有国内市场，又遇到环境困难，发明家这种“奇妙”的小汽车没能给他带来一个比索。[案例思考] 发明家研制的小汽车为何无人问津？这个案例给我们什么启示？
分析：因为没有进行营销。这个案例给我们什么启示是产品的好坏要以是否符合消费者的需要来评判，再好的产品也必须进行营销。
第二节
市场和市场构成一、市场的概念
1、本意：指商品交换的场所。
2、经济学：一定时空条件下商品交换关系的总和。
3、市场营销者的角度：一种商品（或劳务）所有实际和潜在购买者的集合。或者说哪里有需求那里就有市场．
二、市场的构成要素：消费者、购买力和购买欲望。
1、消费者人口：是构成市场的基本要素，消费者人口的多少，决定着市场的规模和容量，而人口的构成及其变化则影响着市场需求的构成和变化。
2、购买力：是指消费者支付货币以购买商品或劳务的能力，是构成现实市场的物质基础。购买力的高低是由消费者的收入水平决定的。
3、购买欲望：是指消费者购买商品或劳务的动机、愿望和要求，它是使消费者的潜在购买力转化为现实购买力的必要条件。
三、市场的分类：
1.根据市场范围划分 2.根据市场客体划分 3.根据市场状况划分
4.根据市场竟争程度划分 5.根据商品类型划分
6.根据商品流通环节划分
第三节
市场营销观念及其演化
营销观念，又称为营销哲学或营销理念，是企业市场营销的思维方式和行为准则的高度概括。从西方企业市场营销活动的发展历史来看，主要出现以下五种有代表性的营销观念：
（一）、生产（产品）观念
（二）、推销观念
（三）、市场营销观念
（四）、社会市场营销观念
（五）、生态学营销观念
（一）、生产观念可以概括为：企业能生产什么产品就销售什么产品。
生产经营的重点是：努力提高生产效率，增加产量、降低成本、生产出让消费者买得到的和买的起的产品。因此，生产观念也称作“生产中心论”。
从生产观念还派生出一种产品观念，产品观念认为：只要产品质量好，有特色、价格廉，就会受到消费者的青睐，而不愁销路。不太重视产品品种、式样与功能等的创新和销售。
案例二：美国福特汽车公司的创办人福特册曾经说过：“不管顾客的需要是什么？我们的汽车就是黑色的”。因为在那个时代，福特汽车公司通过采用大量流水生产组织形式，大大提高了福特汽车的生产效率，大大降低了汽车的生产成本，从而大大降低的福特汽车的售价，使福特汽车供不应求，清一色的黑色汽车畅销无阻不必讲究市场需求特点和推销方法。显然，整个市场的需求基本上是被动的，消费者没有多大选择余地。
（二）、推销观念的出现:当市场上开始出现生产过剩和商品供过于求的现象，从而市场竞争加剧，产品销售取代产品生产而成为企业经营中的首要问题。推销观念出现了. 推销观念认为:企业推销什么产品，消费者就会买什么产品。在这种观念的指导下，企业经营的重点是：注意运用各种推销手段和广告宣传向消费者大力推销产品，以期提高市场占有率，扩大产品销售。 案例三：一家美国皮尔斯堡面粉公司20年代以前的口号是：“本公司旨在制造面粉”。30年代左右，它的口号改为：“本公司旨在推销面粉”。一些存货待售的企业，则更加重视推销技巧。
在这种情况下，推销观念的出现，提高了市场营销在企业经营工作中的地位，是经营指导思想的一个进步。但是，推销观念并未脱离以生产为中心，“以销定产”的范畴。因为它的着眼点仍然是产品，即仍是着眼于既定产品的推销，至于推销的产品是否满足顾客的需要，则未予以足够重视。
（三）市场营销观念
1、产生的背景：
（1）二次世界大战以后，随着科学技术的高速度发展和各主要资本主义国家庞大的军事工业转产民用产品，生产效率进一步提高，生产规模继续扩大，社会产品供应量剧增，品种花色日新月异；
（2）由于各资本主义国家普遍实行了高工资、高福利和高消费政策，刺激和促进消费者购买力大幅度地提高，使消费者需求和欲望不断地发生变化，迅速由原来的卖方市场转变为以购买者为主导的买方市场。
2、市场营销观念可以概括为：消费者需要什么产品，企业就应当生产和销售什么产品，换言之就是：能卖什么，就生产什么。
在这种观念是指导下，企业营销的重点是：以消费者需求为中心和出发点，集中企业一切资源和力量，综合运用各种营销手段，通过千方百计地适应和满足消费者需求，以实现企业的利润目标。
（四）、社会市场营销观念（20世纪70年代后期）
1、人们认识到，单纯强调市场营销观念，可能忽视满足当前消费需要与全社会的整体利益和长远利益之间的矛盾，从而导致资源浪费，环境恶化，危害人类健康等诸多弊端。
2、社会营销观念认为：企业的合理行为应该是在满足消费者需求的同时，还要考虑社会的整体利益和长远利益。在此基础上谋求企业利润目标的实现。企业提供任何产品或服务时，不仅要满足消费者的需要和符合本企业的利益，而且要符合消费者和社会的整体利益和长远利益。 案例六
汉堡包快餐行业受到的批评
汉堡包快餐行业提供了美味可口的食品，但却受到了批评。原因是他的食品虽然可口却没有营养。汉堡包脂肪含量太高，餐馆出售的油煎食品和肉馅饼都反映过多的淀粉和脂肪。出售时采用方便包装，因而导致了过多的包装废弃物。在满足消费者需求方面，这些餐馆可能损害了消费者的健康，同时污染了环境。 [案例思考]汉堡包快餐行业为什么受到批评？
分析：因为它一昧迎合消费者，却忽略了消费者和社会的长远利益。
（五）、生态学营销观念（２１世纪）
生态学营销观念认为：现代社会进入到了
教学要求：通过本章的学习，让学生了解什么是双语教学以及双语教学在国外以及国内的发展现状，掌握双语教学双语教学的内容、要素及重要意义。
教学重点：相关术语，双语教学的现实性和意义。教学方法：讲授法和讨论法 第一节
双语教学
一、概况
1、双语教育（bilingual education）界定。《郎文语言教学及应用语言学辞典》（Longman Dictionary of language）认为，双语教育指在学校里运用第二语言或外语教学知识性科目。
《国际教育百科全书》(The international Encyclopedia of Education)认为双语教育定义的最低必要标准，应该是一种在教学的某些过程中至少使用两种教学用语的教学法。
《教育词典》(A Dictionary of Education)：双语教育是培养学生能同等熟练地使用两门语言的教育，每门语言的课业应该各占一半。
《双语制度与双语教育百科全书》(Encyclopedia of Bilingualism and Bilingual Education)：双语教育指学校中使用两种语言的情景，即学校中使用两种语言讲授科学、数学、社会学科、或人文学科的内容。国内的通常定义：广义的双语教育是指学校中使用两种语言的教育。狭义的双语教育指的是，学校中使用第二语言或外语教授数学、物理、化学、历史、地理等学科内容的教育。
二、双语教学的界定
1、界定：我国的双语教学主要是指，学校中全部或部分地采用外语（英语）传授数学、物理、化学、历史、地理等非语言学科的教学
（1）双语教学一定是两种语言作为教学语言的吗？如果这种语言是学生的非母语或第二语言，算不算双语教学呢？我们认为双语教学的关键不在强调在课堂上要用多少种语言，而是要创造更多接触和使用外语的机会，在潜移默化中学习第二语言。用两种语言作为媒介语时，这两种语言中，往往有一种是学生感到比较生疏的语言。
（2）双语教学能在语言学科中进行吗？如何看待语文等语言学科中的双语教育？对这个问题的思考要依据不同国家的实际情况。与欧美等国家的双语教学相比较，我国的双语教学还处于试验阶段，不宜用双语进行各学科的教学，建议只在部分学科，特别是非语言学科中全部或部分采用双语教学。原因有三：第一，人文学科、社会学科等具有较强的区域性，涉及较多的本都文化、民族文化、民间传说、甚至宗教文化，用外语教授比较困难。第二，数学、物理、化学、生物、计算机、等学科具有较强的国际共通性，其表述、词义、专业术语等相对比较固定，各种语言在理解、诠释方面比较一致；第三，选择数学、物理、化学、生物、计算机、等学科实施双语教学，便于学生日后进入全球科技领域或参与国际交流。
2、相关概念： 第一语言 ——即本族语，指一个人的 母语或 最先习得的语言。通常，第一语
言与母语同义。
第二语言——指在掌握母语后，通过学习而掌握的第二种语言。母语——即本族语，指在家里学会的第一语言。
外语——不属于一个 国家本族语的语言，指其他国家的 语言或 外国的语言。多数民族语言——指一个国家中多数民族、主流群体、或大多数人的 语言。少数民族语言——指一个国家中少数民族、非主流群体或少数人的 语言。
四、双语教育基础理论
我国学者关于双语教学理论基础的研究主要集中在语言学基础、心理学基础以及国外双语教育理论三个方面。
1、有学者认为，双语教学不同与一般的语言或学科教学，它涉及许多社会语言学问题，比如它带有很强的国情特征，对在实施过程中第一语言与第二语言关系的认识与态度十分重要。同时双语教学还涉及心理语言学问题，比如第一语言与第二元的正负迁移问题以及双语教学的年龄特征等。这些都是实施双语教学不容忽视的问题。
2、掌握语言是人脑特定的机制，有着自身心理与生理的规律，双语教学的理论和实践都与心理学有着密切的关系。我国有学者从心理学角度具体地、系统地阐释了双语的概念和分类、双语现象的测量方法、双语人的发展、双语和认知发展、双语的社会和心理基础、双语的神经心理基础、双语人的信息处理、双语教育以及第二语言学习等问题，比较全面地展示了双语教学的心理学基础。
3、国外双语教育研究起步早，这方面的研究相对成熟。我国学者在研究过程中主要介绍了国外九种比较成熟的理论、被学术界共同认可的双语教育理论；平衡理论、思想库模式、阈限理论、依存理论、兰伯特的态度-动机模式、加德纳的社会教育模式、斯波尔斯基的双语教育评价模式、输入-输出-情景-过程双语教育模式、卡明斯的双语教育理论框架。
五、我国双语教学与国外双语教育的比较
1、双语属性的比较
国外双语教育的属性大体可以分为添加性双语教育和缩减性双语教育两种类型。
添加性双语教育：是指在教学过程中不是采用学生的母语或第一语言作为教学语言，而是采用第二语言 或 外语作为教学语言，其目的不是 准备替代学生 的 母语或第一语言，而是培养 学生掌握两门语言，成为双语人才。
缩减性双语教育：是指在教学过程中不是 采用学生的母语或第一语言作为 教学语言，而是采用第二语言或外语作为教学语言，其目的是准备替代学生 的 母语或第一语言。
2、目的比较
国外实施双语教育的目的：主要是源于种族同化、文化认同、社会稳定等社会和政治的需要，甚至基于和谐共处、避免国家分裂的考虑。
（1）加拿大——主要是维护社会稳定，促进和谐相处，避免国家分裂。（2）美国——帮助移民学生过渡和融入美国主流语言、主流文化和主流社会。
主要是进行种族同化。（3）英国
（4）中国 ——最主要提高英语水平，满足国家、地方和学生未来发展的需要。
3、师资比较
双语教师承担双重任务。但是，其教学的重点首先是学科内容，其次才是外语。作为双语教师，他们不仅必须精通学科内容，同时必学是一个双语者。世界各国都要求双语教师必须由掌握双语的学科教师担任。我国的双语教学还处在试验阶段。新中国成立以后，我国师范院校从未设立过双语师资专业。我国现有的双语教师基本上都没有接受过专门的、系统的双语培训，他们从事双语教学大多出自于自愿。
1、国外双语师资状况——知识丰富，学科知识扎实，双语能力强。
2、中国——a学历层次低b知识结构比较单一c缺乏专门的双语培训。我国 3我国现阶段应该如何解决双语师资问题。A高校培养b人才市场调节c聘请外籍教师和留学生担任双语教师d聘请留学生和外籍专家的家眷担任双语教师。E培训转岗教师
4、教材的比较
通常，国内外的现行双语教材可以分为国外引进教材、国内出版教材、自编教材、和翻译教材四种类型。这四种教材瑕瑜互见，各有利弊。
1、国外引进教材
2、国内出版教材
3、自编教材
4、翻译教材
5、方法的比较
（1）实施符合国情的的双语教育。国外双语教育包括沉浸式、淹没式、过渡式等多种类型。它们产生于不同的国家，植根于不同的社会环境、教育环境、和语言环境。
（2）究竟应该选择哪些学科实施双语教学？目前世界各国的普遍趋势是，首选首选数学、理科、等学科实施双语教学。
（3）如何处理双语教学与英语学科的关系？国外的通常做法是：双语教学与英语教学并存。
（4）实施双语教学必须坚持自愿的，家长有权选择和决定子女是否接受双语教育。双语教育和义务教育是两个不同的概念。
1、首选数学、理科、等学科实施双语教学
2、双语教学与英语教学应该并存。
3、坚持自愿的原则。
6、政策的比较
在加拿大、美国、新加坡等国家，双语教育的初始阶段都是民间的地区的学校的自发行为。随着双语教育规模的扩大和教学效果的显现，双语教育采逐渐得到政府的认同，甚至上升为基本国策。我国的双语教学试验已经开始，但是相关的法规还未配套。立法滞后制约着双语教学试验的进一步发展。（1）加拿大：
1969年加拿大政府颁布了《官方语言法》，公开宣布英语和法语同为官方语言，熟练运用英语和法语的双语人才享有进入联邦政府部门工作的优先权。（2）美国：1968年颁布了《1968双语教育法》
（3）中国：没有颁布或建立相关的法律，目前还是一种地方行为、学校行为或民间行为。2001年1月1日实施《中华人民共和国通用语言文字法》第十条规定：“学校及其他教育机构一普通话和规范汉字为基本的教育教学用语用字。法律另有规定的除外。”第十九条规定“一普通话作为工作语言的播音员、节目主持人和影视话剧、教师、国家机关工作人员的普通话水平，应当分别达到国家规定的等级标准。”
六、双语教学中的三对关系
1、语言学习与学科学习的关系。在双语学习与学科学习存在相互排斥和相互促进的两种可能关系。学科知识的习得需要依赖一定程度的语言技能，需要把作为辅助意识的语言技能融合进指向主要目的的集中意识中，才能是学习顺利进行。在语言技能达到一定程度的条件下，语言知识与学科知识是相互促进的关系，但在语言技能没有达到一定程度的条件下，语言知识与学科知识是相互排斥的关系。
2、外语教学与双语教学。一方面，双语教学对外语学习有积极作用；另一方面，外语学习双语教学创造条件。不能因为有了双语教学，就好像有了金钥匙，自认为没有解决不了的问题，也就不重视外语教学。外语教学可以为学生打下一定的语言基础，为双语教学创造条件。良好的外语教学可以和双语教学形成良好的良性循环，促使学习者更好地学习学科知识。
3、母语教育与语言教学。任何时代、任何国家都及其重视母语教育，可以说丢弃了母语等于亡国。因此，有学者认为我国倡导的双语教学其基本前提是不能伤害母语教育，不能以牺牲母语教育为代价。不少专家也认为，双语是有特定概念的，英语只是外语，不应与本国语言并立，否则会削弱对母语的学习，特别在小学阶段，必学大好母语的基础。国内外研究表明，只要正确处理好母语与双语教学的关系，他们之间就会形成相互促进的良性关系。
七、双语教学的三要素
1、双语教师。有学者认为：“所谓双语教师，通常是指那些能熟练运用两种语言进行教学的教师，特指能用一门外语教授一门非语言课程的教师。”由此可见，双语教师不仅要精通本学科的内容，而且必须具有充分的语言水准，保证在任何时候都可用目的语授课。此外，教师最好能够懂得学生的母语，这样可以比较容易地理解学生可能出现的困难。
师资问题是阻碍我国双语教学实践的一个关键问题。美国的双语教师必学具备四项基本条件：
1)双语教师要成为双语、双文化者。
2)双语教师要持有政府教育部门颁发的任职资格证书。3)双语教师要具有较高的学历。4)双语教师要具有较高的专业素养。我国学者提出，双语教师的素质主要包括：
1)崇高的职业理想是双语教师献身双语教育事业的根本动力。2)合理的知识结构是双语教师专业化发展的重要基础。
3)科学的教学理念是双语教师开展双语教育活动的行动指南。4)复合的能力素养是双语教师进行双语教育活动的基本条件。
2、学习者。学习者必须具备一定的语言基础，只有学习者的语言水平达到足够熟练的程度，才能把主要注意力放在学科知识的学习上，也才能道道双
一、微生物和你
当你清晨起床后，深深吸一口清新的空气，喝一杯可口的酸奶，品尝着美味的面包或馒头的时候，你就已经开始享受到了微生物给你带来的恩惠；当你因患感冒或其他某些疾病而躺在医院的病床上，经受病痛的折磨时，那便是有害的微生物侵蚀了你的身体；但当白衣护士给你服用(或注射)抗生素类药物，使你很快恢复了健康时，你得感谢微生物给你带来的福音，因为抗生素是微生物的“奉献”。然而，如果高剂量的某种抗生素注入到你的体内后，效果甚微或者甚至毫无效果，你可曾想到这也是微生物的恶作剧--病原微生物对药物产生了抗性。这时医生只好尝试用其他药物，这些药物又有待于微生物学家和其它科学家去研究、开发……。
可以说，微生物与人类关系的重要性，你怎么强调都不过分，微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也带来“残忍”的破坏。它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生存。在这本书中你们将读到微生物在许多重要产品中所起的不可替代的作用，例如：面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、维生素、酶等重要产品的生产(见第十五章)，同时也是人类生存环境中必不可少的成员，有了它们才使得地球上的物质进行循环(见第十一章)，否则地球上的所有生命将无法繁衍下去。此外，你在第十章还将会看到以基因工程为代表的现代生物技术的发展及其美妙的前景也是微生物对人类作出的又一重大贡献。
然而，这把双刃剑的另一面--微生物的“残忍”性给人类带来的灾难有时甚至是毁灭性的。1347年的一场由鼠疫杆菌(Yersinia pestis)引起的瘟疫几乎摧毁了整个欧洲，有1/3 的人(约2500万人)死于这场灾难，在此后的80年间，这种疾病一再肆虐，实际上消灭了大约75%的欧洲人口，一些历史学家认为这场灾难甚至改变了欧洲文化。我国在解放前也曾多次流行鼠疫，死亡率极高。今天，一种新的瘟疫--艾滋病(AIDS)也正在全球蔓延；癌症也正威胁着着人类的健康和生命；许多已被征服的传染病(如肺结核、虐疾、霍乱等)也有“卷土重来 ”之势。据1999年8月世界卫生组织的统计，目前全世界有18.6亿人(相当于全球人口的32 %)患结核病。随着环境的污染日趋严重，一些以前从未见过的新的疾病(如军团病、埃博拉病毒病、霍乱0139新菌型、0157以及疯牛病等)又给人类带来了新的威胁。因此，你--未来的微生物学家或其他科学家任重道远。正确地使用微生物这把双刃剑，造福于人类是我们学习和应用微生物学的目的，也是每一个微生物学工作者义不容辞的责任。
二、微生物科学
1.研究对象及分类地位
微生物研究作为一门科学--微生物学，比动物学、植物学要晚得多，至今不过100多年的 历史。因为微生物太小，需借助显微镜才能看清他们，因此微生物学(Microbiology)一般定义为研究肉眼难以看清的称之为微生物的生命活动的科学。这些微小生物包括：无细胞结构不能独立生活的病毒、亚病毒(类病毒、拟病毒、肮病毒)；具原核细胞结构的真细菌、古生菌以及具真核细胞结构的真菌(酵母、霉菌、蕈菌等)、单细胞藻类、原生动物等。但其中也有少数成员是肉眼可见的，例如近年来发现有的细菌是肉眼可见的：1993年正式确定为细菌的Epulopiscium fishelsoni以及1998年报道的Thiomargarita namibiensis(见第二章)，均为肉眼可见的细菌。所以上述微生物学的定义是指一般的概念，是历史的沿革，也仍为今天所适用。
但也有的微生物学家提出不同的看法，例如著名的微生物学家Roger Stanier提出，确定微生物学领域不应只是根据其大小，而且也应该根据有别于动、植物的研究技术。微生物学家通常要首先从群体中分离出特殊的微生物纯种，然后还要进行培养，因此研究微生物要使用特殊的技术，例如消毒灭菌和培养基的应用等，这对成功地分离和生长微生物是必须的，也是有别于动、植物的。由于微生物的极其多样性以及独特的生物学特性(个体小、繁殖快、分布广等)使其在整个生命科学中占据着举足轻重的地位。无论是1969年Whittaker提出的五界系统，还是1977年Woese提出的三域(domain)系统(见第12章)，微生物都占据了绝大多数的“席位”，分别为3/5 和2/3强。这是微生物在整个生物界的分类地位。在本章的后部分我们还将讨论微生物及微生物学对整个生命科学作出的巨大贡献及其生物学地位。
2.研究内容及分科
那么微生物学具体的研究内容是什么呢? 总的来说，微生物学是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。随着微生物学的不断发展，已形成了基础微生物学和应用微生物学，又可分为许多不同的分支学科，并还在不断地形成新的学科和研究领域。其主要的分科见图1-1。
在分子水平上研究微生物生命活动规律的“分子微生物学”；重点研究微生物与寄主细胞相互关系的新型学科领域--细胞微生物学(Cellular microbiology)以及伴随人类基因组计划兴起的微生物基因组学等分支学科和新型领域的兴起标志着微生物学的发展又迈上了一个新的台阶，正以新的姿态迈入21世纪。
三、微生物的发现和微生物学的发展 1.微生物的发现
在人们真正看到微生物之前，实际上已经猜想或感觉到它们的存在，甚至人们已经在不知不觉中应用它们。我国劳动人民已很早就认识到微生物的存在和作用，也是最早应用微生物的少数国家之一。据考古学推测，我国在8000年以前已经出现了曲蘖酿酒了，4000多年前我国酿酒已十分普遍，而且当时的埃及人也已学会烘制面包和酿制果酒，2500年前我国人民已发明酿酱、醋，知道用曲治消化道疾病。公元六世纪(北魏时期)，我国贾思勰的巨著“齐民要术”详细地记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等工艺。公元九世纪到十世纪我国已发明用鼻苗法种痘，用细菌浸出法开采铜。到了16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro才明确提出疾病是由肉眼看不见的生物(living creatures)引起的。我国明末(1641年)医生吴又可也提出“戾气”学说，认为传染病的病因是一种看不见的“戾气”，其传播途径以口、鼻为主。
但是真正看见并描述微生物的第一个人是荷兰商人安东·列文虎克(Antony Van Leeuwenhoe k, 1632～1723)(图1-2)，但他的最大贡献不是在商界而是他利用自制的显微镜发现了微生物世界(当时被称之为微小动物)，他的显微镜放大倍数为50～300倍，构造很简单，仅有一个透镜安装在两片金属薄片的中间，在透镜前面有一根金属短棒，在棒的尖端搁上需要观察的样品，通过调焦螺旋调节焦距。利用这种显微镜，列文虎克清楚地看见了细菌和原生动 物。首次揭示了一个崭新的生物世界--微生物界。由于他的划时代贡献，1680年被选为英国皇家学会会员。
图1-2 列文虎克(1632～1723)2.微生物学发展过程中的重大事件
由列文虎克揭示的多姿多彩的微生物世界吸引着各国学者去研究、探索，推动着微生物学的 建立和发展，表1-1列出了发展过程中的重大事件。
表1-1
微生物学发展中的重要事件 时 间
重 大 事 件
1857
巴斯德证明乳酸发酵是由微生物引起的
1861
巴斯德用曲颈瓶实验证明微生物非自然发生，推翻了争论已久的“自生说” 1864
巴斯德建立巴氏消毒法
1867
Lister创立了消毒外科，并首次成功地进行了石炭酸消毒试验 1867～1877 柯赫证明炭疽病由类疽杆菌引起
1881
柯赫等首创用明胶固体培养基分离细菌，巴斯德制备了炭疽菌苗 1882
柯赫*发现结核杆菌 1884
Koch*氏法则首次发表；Metchnikoff*阐述吞噬作用；建立高压蒸气灭菌和革兰氏染色法
1885
巴斯德研究狂犬疫苗成功，开创了免疫学 1887
Pichard Petri发明了双层培养皿 1888
BeiJerinck首次分离根瘤菌
1890
Von Behring*制备抗毒素治疗白喉和破伤风 1891
Sternberg与巴斯德同时发现了肺炎球菌
1892
IVanowsky提供烟草花叶病毒是由病毒引起的证据；Winogradsky发现硫循环 1897
Buchner用无细胞存在的酵母菌抽提液对葡萄糖进行酒精发酵成功 1899
Ross*证实疟疾病原菌由蚊子传播
1909～1910 Ricketts发现立克次氏体；Ehrlich*首次合成了治疗梅毒的化学治疗剂 1928
Griffith发现细菌转化 1929
Fleming*发现青霉素
1935
Stanley*首次提纯了烟草花叶病毒，并获得了它的“蛋白质结晶” 1943
Luria*和Delbrück*用波动试验证明细菌噬菌体的抗性是基因自发突变所致Chain*和Florey*形成青霉素工业化生产的工艺
1944
Avery*等证实转化过程中DNA是遗传信息的载体；Waksman发现链霉素 1946～1947 Lederberg*和Tatum发现细菌的接合现象、基因连锁现象
1949
Enders*、Robbins和Weller在非神经的组织培养中，培养脊髓灰质炎病毒成功
1952
Hershey*和Chase发现噬菌体将DNA注入宿主细胞Lederberg*发明了影印培养法Zinder和Lederberg发现普遍性转导
1953
Watson*和Crick*提出DNA双螺旋结构 1956
Umbarger发现反馈阻遏现象
1961
Jacob和Monod提出基因调节的操纵子模型
1961～1966 Holley*、Nirenberg*、Khorana*等阐明遗传密码 1969
Edelman*测定了抗体蛋白分子的一级结构
1970～1972 Arber*、Smith*和Nathans*发现并提纯了限制性内切酶Temin和Baltimore发现反转录酶
1973
Ames建立细菌测定法检测致癌物Cohen等首次将重组质粒转入大肠杆菌成功
1975
Kohler和Milstein建立生产单克隆抗体技术
1977
Woese提出古生菌是不同于细菌和真核生物的特殊类群Sanger*首次对×174噬菌体DNA进行了全序列分析
1982～1983 Cech*和Altman*发现具催化活性的RNA(ribozyme)McClintock*发现的转座因子获得公认Prusiner*发现朊病毒(prion)1983～1984 Gallo和Montagnier分离和鉴定人免疫缺陷病毒Mullis*建立PCR技术 1988
Deisenhofer等发现并研究细菌的光合色素 1989
Bishop*和Varmus*发现癌基因
1995
第一个独立生活的细菌(流感嗜血杆菌)全基团组序列测定完成 1996
第一个自养生活的古生菌基因组测定完成 1997
第一个真核生物(啤酒酵母)基因组测序完成 *为诺贝尔奖获得者
从表1-1列出的重大事件中，其发现或发明人就有30位获得诺贝尔奖，据有关统计表明，20世纪诺贝尔奖(生理和医学)获得者中，从事微生物问题研究的就占了1/3，这从另一个侧面看到了微生物学举足轻重的地位。也可见微生物学的发展对整个科学技术和社会经济的重大作用和贡献。
3.微生物学发展的奠基者
继列文虎克发现微生物世界以后的200年间，微生物学的研究基本上停留在形态描述和分门别类的阶段。直到19世纪中期，以法国的巴斯德(Louis Pasteur, 1822～1895)和德国的柯赫(Robert Koch, 1843～1910)为代表的科学家才将微生物的研究从形态描述推进到生理学研究阶段，揭露了微生物是造成腐败发酵和人畜疾病的原因，并建立了分离、培养、接种和灭菌等一系列独特的微生物技术，从而奠定了微生物学的基础，同时开辟了医学和工业微生物等分支学科。巴期德和柯赫是微生物学的奠基人。
1)巴斯德
巴斯德(图1-3)原是化学家，曾在化学上作出过重要的贡献，后来转向微生物学研究领域，为微生物学的建立和发展作出了卓越的贡献。主要集中在下列三方面。
图1-3 巴斯德(1822-1895)
(1)彻底否定了“自然发生”学说
“自生说”是一个古老的学说，认为一切生物是自然发生的。到了17世纪，虽然由于研究植物和动物的生长发育和生活循环，使“自生说”逐渐软弱，但是由于技术问题，如何证实微生物不是自然发生的仍然是一个难题，这不仅是“自生说”的一个顽固阵地，同时也是人们正确认识微生物生命活动的一大屏障。巴斯德在前人工作的基础上，进行了许多试验，其中著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，它们引起有机质的腐败。巴斯德自制了一个具有细长而弯曲的颈的玻瓶，其中盛有有机物水浸液(图1-4)，经加热灭菌后，瓶内可一直保持无菌状态，有机物不发生腐败，因为弯曲的瓶颈阻挡了外面空气中微生物直达有机物浸液内，一旦将瓶颈打断，瓶内浸液中才有了微生物，有机质发生腐败。巴斯德的实验彻底否定了“自生说”，并从此建立了病原学说，推动了微生物学的发展。
图1-4 曲颈瓶试验装置
(2)免疫学--预防接种
Jenner虽然早在1798年发明了种痘法可预防天花，但却不了解这个免疫过程的基本机制，因此，这个发现没能获得继续发展。1877年，巴斯德研究了鸡霍乱，发现将病原菌减毒可诱发免疫性，以预防鸡霍乱病。其后他又研究了牛、羊炭疽病和狂犬病，并首次制成狂犬疫苗，证实其免疫学说，为人类防病、治病作出了重大贡献。
(3)证实发酵是由微生物引起的
酒精发酵是一个由微生物引起的生物过程还是一个纯粹的化学反应过程，曾是化学家和微生物学家激烈争论的问题。巴斯德在否定“自生说”的基础上，认为一切发酵作用都可能和微生物的生长繁殖有关。经不断地努力，巴斯德终于分离到了许多引起发酵的微生物，并证实酒精发酵是由酵母菌引起的。此外，巴斯德还发现乳酸发酵、醋酸发酵和丁酸发酵都是不同细菌所引起的。为进一步研究微生物的生理生化奠定了基础。
(4)其他贡献
一直沿用至今天的巴斯德消毒法(60～65℃)作短时间加热处理，杀死有害微生物的一种消毒法)和家蚕软化病问题的解决也是巴斯德的重要贡献，他不仅在实践上解决了当时法国酒变质和家蚕软化病的实际问题，而且也推动了微生物病原学说发展，并深刻影响医学的发展。
2).柯赫
柯赫(图1-5)是著名的细菌学家，由于他曾经是一名医生，因此对病原细菌的研究作出了突出的贡献。
(1)具体证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌。(2)发现了肺结核病的病原菌，这是当时死亡率极高的传染性疾病，因此柯赫获得了诺贝尔奖。
(3)提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则--柯赫原则。由于柯赫在病原菌研究方面的开创性工作，自19世纪70年代至20世纪20年代成了发现病原菌的黄金时代，所发现的各种病原微生物不下百余种，其中还包括植物病原细菌。
图1-5 柯赫(1843-1910)
柯赫除了在病原菌研究方面的伟大成就外，在微生物基本操作技术方面的贡献更是为微生物学的发展奠定了技术基础，这些技术包括：
(1)用固体培养基分离纯化微生物的技术，这是进行微生物学研究的基本前体，这项技术一直沿用至今。
(2)配制培养基(见第四章)。也是当今微生物学研究的基本技术之一。这二项技术不仅是具有微生物学研究特色的重要技术，而且也为当今动植物细胞的培养作出了十分重要的贡献。
巴斯德和柯赫的杰出工作，使微生物学作为一门独立的学科开始形成，并出现以他们为代表而建立的各分枝学科，例如细菌学(巴斯德、柯赫等)、消毒外科技术(J.Lister)，免疫学(巴斯德、Metchnikoff, Behring, Ehrlich等)、土壤微生物学(Beijernck Winogradsky等)、病毒学(IVanowsky、Beijerinck等)、植物病理学和真菌学(Bary, Berkeley等)、酿造学(Hensen, Jorgensen等)以及化学治疗法(Ehrlish等)等。微生物学的研究内容日趋丰富，使微生物学发展更加迅速。
四、20世纪的微生物学
19世纪中期到20世纪初，微生物研究作为一门独立的学科已经形成，并进行着自身的发展。但在20世纪早期还未与生物学的主流相汇合。当时大多数生物学家的研究兴趣是有关高等动植物细胞的结构和功能、生态学、繁殖和发育、遗传以及进化等；而微生物学家更关心的是感染 疾病的因子、免疫、寻找新的化学治疗药物以及微生物代谢等。到了20世纪40年代，随着生物学的发展，许多生物学难以解决的理论和技术问题十分突出，特别是遗传学上的争论问题，使得微生物这样一种简单而又具完整生命活动的小生物成了生物学研究的“明星”，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。
1.多学科交叉促进微生物学全面发展
微生物学走出了独自发展，以应用为主的狭窄研究范围，与生物学发展的主流汇合、交叉，获得全面、深入的发展。而首先与之汇合的是遗传学、生物化学。1941年Beadle和Tatum用 粗糙脉胞菌(Neurospora crasa)分离出一系列生化突变株，将遗传学和生物化学紧密结合起来，不仅促进微生物学本身向纵深发展，形成了新的基础研究学科--微生物遗 传学和微生物生理学，而且也推动了分子遗传学的形成。与此同时，微生物的其他分支学科也得到迅速发展，如细菌学、真菌学、病毒学、微生物分类学、工业微生物学、土壤微生物学、植物病理学、医学微生物学及免疫学等。还有60年代发展起来的微生物生态学、环境微生物学等。这些都是原来独立的学科相互交叉、渗透而形成的。微生物的一系列生命活动规律，包括遗传变异、细胞结构和功能，微生物的酶及生理生化等的研究逐渐发展起来，到了20世纪50年代微生物学全面进入分子研究水平，并进一步与迅速发展起来的分子生物学理论和技术以及其他学科汇合，使微生物学发展成为生命科学领域内一门发展最快，影响最大、体现生命科学发展主流的前沿科学。
微生物学应用性广泛，进入20世纪，特别是40年代后，微生物的应用也获得重大进展。抗生素的生产已成为现代化的大企业；微生物酶制剂已广泛用于农、工、医各方面；微生物的其它产物，如有机酸、氨基酸、维生素、核苷酸等，都利用微生物进行大量生产。微生物的利用已组成一项新兴的发酵工业，并逐步朝着人为有效控制的方面发展。80年代初，在基因工程的带动下，传统的微生物发酵工业已从多方面发生了质的变化，成为现代生物技术的重要组成部分。
2.微生物学推动生命科学的发展(1)促进许多重大理论问题的突破
生命科学由整体或细胞研究水平进入分子水平，取决于许多重大理论问题的突破，其中微生物学起了重要甚至关键的作用，特别是对分子遗传学和分子生物学的影响最大。我们知道“突变”是遗传学研究的重要手段，但是只有在1941年Beadle和Tatum用粗糙脉胞霉进行的突变实验，才使基因和酶的关系得以阐明，提出了“一个基因一个酶”的假说。有关突变的性质和来源(自发突变)也是由于S.Luria和M.Delbruck(1943)利用细菌进行的突变所证实。长期争论而不能得到解决的“遗传物 质的基础是什么?”的重大理论问题，只有在以微生物为材料进行研究所获得的结果才无可辩驳地证实：核酸是遗传信息的携带者，是遗传物质的基础(见第八章)。这一重大突破也为 1953年WotsonCrick DNA双螺旋结构的提出起了战略性的决定作用，从而奠定了分子遗传 学的基础。此外，基因的概念--遗传学发展的核心，也与微生物学的研究息息相关，例如，著名的“断裂基因”的发现来源于对病毒的研究(第七章)；所谓“跳跃基因”(可转座因子)的发现虽然首先来源于McClintock对玉米的研究，但最终得到证实和公认是由于对大肠杆菌的研究。基因结构的精细分析、重叠基因的发现，最先完成的基因组测序等都与微生物学发展密不可分。
以研究生命物质的物理、化学结构及其功能为己任的分子生物学，如果没有遗传密码的阐明，不知道基因表达调控的机制，那将是“无源之水，无本之本”。正是微生物学的研究和发展为之奠定了基础。60年代Nirenberg等人通过研究大肠杆菌无细胞蛋白质合成体系及多聚尿苷酶，发现了苯丙氨酸的遗传密码，继而完成了全部密码的破译，为人类从分子水平上研究生命现象开辟了新的途径。Jacob等人通过研究大肠杆菌诱导酶的形成机制而提出的操纵子学说，阐明了基因表达调控的机制，为分子生物学的形成奠定了基础。此外，DNA、RNA、蛋白质的合成机制以及遗传信息传递的“中心法则”的提出等都涉及到微生物学家所作出的卓越贡献。
(2)对生命科学研究技术的贡献
微生物学的建立虽然比高等动、植物学晚，但发展却十分迅速。动、植物由于结构的复杂性及技术方法的限制而相对发展缓慢，特别是人类遗传学的限制更大。20世纪中后期由于微生物学的消毒灭菌，分离培养等技术的渗透和应用的拓宽及发展，动、植物细胞也可以像微生物一样在平板或三角瓶中培养，可以在显微镜下进行分离，甚至可以像微生物的工业发酵一样，在发酵罐中进行生产。今天的转基因动物、转基团植物的转化技术也源于微生物转化的理论和技术。70年代，由于微生物学的许多重大发现，包括质粒载体，限制性内切酶，连接酶，反转录酶等，才导致了DNA重组技术和遗传工程的出现(见第十章)，使整个生命科学翻开了新的一页，使人类定向改变生物、根治疾病、美化环境的的梦想将成为现实。
(3)微生物与“人类基因组计划” “人类基因组计划”的全称为“人类基因组作图和测序计划”。这是一项当今世界耗资巨大(30亿美元)，其深远意义堪与阿波罗登月计划媲美的最大的科学工程。要完成如此浩大的工程，除了需要多学科(数、理、化、信息、计算机等)的交叉外，模式生物的先行至关重要，因为模式生物一般背景清楚，基因组小，便于测定和分析，可从中获取经验改进技术方法。而这些模式生物除极少数(例如果蝇、线虫、拟南芥等)为非微生物外，绝大部分为细菌和酵母，目前已完成了近20多种独立生活的微生物基因组的序列测定，在此过程中由于基因组作图和测序方法的不断改进，大大加快了基因组计划进展，预计“人类基因组计划”有可能提前2-3年完成(2003年左右)。
测序工作只是“计划”的一部分，紧接着是更巨大的工程--后基因组研究，其主要任务是认识基因与基因组的功能。目前微生物基因组序列分析表明，在某些微生物中存在一些与人类某些遗传疾病相类似的基因，因此可以利用这些细菌的模型来研究这些基因的功能，为认识庞大的人类基因组及其功能提供简便的模式。
总之，20世纪的微生物学一方面在与其它学科的交叉和相互促进中，获得令人瞩目的发展。另一方面也为整个生命科学的发展作出了巨大的贡献，并在生命科学的发展中占有重要的地位。
(4)我国微生物学的发展
我国是具有五千年文明史的古国，我国劳动人民对微生物的认识和利用是最早的几个国家之一。特别是在制酒、酱油、醋等微生物产品以及用种痘、麦曲等进行防病治疗等方面具有卓越的贡献。但微生物作为一门科学进行研究，我国起步较晚。中国学者开始从事微生物学研究在 20世纪之初，那时一批到西方留学的中国科学家开始较系统地介绍微生物学知识，从事微生物学研究。1910～1921年间伍连德用近代微生物学知识对鼠疫和霍乱病原的探索和防治，在中国最早建立起卫生防疫机构，培养了第一支预防鼠疫的专业队伍，在当时这项工作居于国际先进地位。20～30年代，我国学者开始对医学微生物学有了较多的实验研究，其中汤飞凡等在医学细菌学、病毒学和免疫学等方面的某些领域做出过较高水平的成绩，例如沙眼病原体的分离和确证是具有国际领先水平的开创性工作。30年代开始在高等学校设立酿造科目和农产制造系，以酿 造为主要课程，创建了一批与应用微生物学有关的研究机构，魏岩寿等在工业微生物方面做出了开拓性工作，戴芳澜和俞大绂等是我国真菌学和植物病理学的奠基人；张宪武和陈华癸等对根瘤菌固氮作用的研究开创了我国农业微生物学；高尚荫创建了我国病毒学的基础理论研究和第一个微生物学专业。但总的说来，在新中国成立之前，我国微生物学的力量较弱且分散，未形成我国自己的队伍和研究体系，也没有我国自己的现代微生物工业。
新中国成立以后，微生物学在我国有了划时代的发展，一批主要进行微生物学研究的单位建立起来了，一些重点大学创设了微生物学专业。现代化的发酵工业、抗生素工业、生物农药和菌肥工作已经形成一定规模，特别是改革开放以来，我国微生物学无论在应用和基础理论研究方面都取得了重要的成果，例如我国抗生素的总产量已耀居世界首位，我国的两步法生产维生素C的技术居世界先进水平。培养了一大批微生物学人才。近年来，我国学者瞄准世界微生物学科发展前沿，进行微生物基因组学的研究，现已完成痘苗病毒天坛株的全基因组测序，最近又对我国的辛德毕斯毒株(变异株)进行了全基因组测序。1999年又启动了从我国云南省腾冲地区热海沸泉中分离得到的泉生热袍菌全基因组测序，目前取得可喜进展。我国微生物进入了一个全面发展的新时期。但从总体来说，我国的微生物学发展水平除个别领域 或研究课题达到国际先进水平，为国外同行承认外，绝大多数领域与国外先进水平相比，尚有相当大的差距。因此如何发挥我国传统应用微生物技术的优势，紧跟国际发展前沿，赶超世界先进水平，还需作出艰苦的努力。
五、21世纪微生物学展望
20世纪的微生物学走过了辉煌的历程，面对新的21世纪展望她的未来，将是一幅更加绚丽多彩的立体画卷，在这画卷上也可能会出现我们目前预想不到的闪光点。因此，我们在这里只能勾勒一下21世纪微生物学发展的趋势。
1.微生物基因组学研究将全面展开 所谓“基因组学”是1986年由Thomas Roderick首创，至今已发展为一专门的学科领域，包括全基因组的序列分析、功能分析和比较分析，是结构、功能和进化基因组学交织的学科。
如果说20世纪刚刚兴起的微生物基因组研究是给“长跑”中的“人类基因组计划”助一臂之力的话，那么21世纪微生物基因组学将在继续作为人类基因组计划“的主要模式生物，在后基因组研究(认识基因与基因组功能)中发挥不可取代的作用外，会进一步扩大到其他微生物，特别是与工农业及与环境、资源有关的重要微生物。目前已经完成基因组测序的微生物主要是模式微生物、特殊微生物及医用微生物。而随着基因组作图测序方法的不断进步与完善，基因组研究将成为一种常规的研究方法，为从本质上认识微生物自身以及利用和改造微生物将产生质的飞跃。并将带动分子微生物学等基础研究学科的发展。
2.以了解微生物之间、微生物与其他生物、微生物与环境的相互作用为研究内容的微生物生态学、环境微生物、细胞微生物学等，将在基因组信息的基础上获得长足发展，为人类的生存和健康发挥积极的作用。
3.微生物生命现象的特性和共性将更加受到重视。微生物生命现象的特性和共性可概括为：(1)微生物具有其它生物不具备的生物学特性，例如可在其他生物无法生存的极端环境下生存和繁殖，具有其他生物不具备的代谢途径和功能，如化能营养、厌氧生活、生物固氮和不释放氧的光合作用等，反映了微生物极其丰富的多样性。
(2)微生物具有其他生物共有的基本生物学特性：生长、繁殖、代谢、共用一套遗传密码等，甚至其基因组上含有与高等生物同源的基因，充分反映了生物高度的统一性。
(3)易操作性：微生物个体小、结构简单、生长周期短，易大量培养，易变异，重复性强等优势，十分易于操作。
微生物具备生命现象的特性和共性，将是21世纪进一步解决生物学重大理论问题，如生命起源与进化，物质运动的基本规律等，和实际应用问题，如新的微生物资源的开发利用，能源、粮食等的最理想的材料。
4.与其他学科实现更广泛的交叉，获得新的发展。
20世纪微生物学、生物化学和遗传学的交叉形成了分子生物学；而迈向21世纪的微生物基因组学则是数、理、化、信息、计算机等多种学科交叉的结果；随着各学科的迅速发展和人类社会的实际需要，各学科之间的交叉和渗透将是必然的发展趋势。21世纪的微生物学将进一步向地质、海洋、大气、太空渗透，使更多的边缘学科得到发展，如：微生物地球化学、海洋微生物学、大气微生物学、太空(或宇 宙)微生物学以及极端环境微生物学等。微生物与能源、信息、材料、计算机的结合也将开辟新的研究和应用领域。此外，微生物学的研究技术和方法也将会在吸收其它学科的先进技术的基础上，向自动化、定向化和定量化发展。
5.微生物产业将呈现全新的局面
微生物从发现到现在的短短的300年间，特别是20世纪中期以后，已在人类的生活和生产实践中得到广泛的应用，并形成了继动、植物二大生物产业后的第三大产业。这是以微生物的代谢产物和菌体本身为生产对象的生物产业，所用的微生物主要是从自然界筛选或选育的自然菌种。21世纪，微生物产业除了更广泛地利用和挖掘不同生境(包括极端环境)的自然资源微生物外，基因工程菌将形成一批强大的工业生产菌，生产外源基因表达的产物，特别是药物的生产将出现前所未有的新局面，结合基因组学在药物设计上的新策略将出现以核酸(DNA或RNA)10 为靶标的新药物(如反义寡核苷酸、肽核酸、DNA疫苗等)的大量生产，人类将完全征服癌症、艾滋病以及其他疾病。
此外，微生物工业将生产各种各样的新产品，例如，降解性塑料、DNA芯片、生物能源等，在21世纪将出现一批崭新的微生物工业，为全世界的经济和社会发展作出更大贡献。
小结
1.微生物是由荷兰商人列文虎克首先发现的，至今有300多年的历史。微生物的主要特征是：个体小、结构简单、繁殖快、易培养、易变异、分布广。它一方面具有其它生物不具备的生物学特性，另一方面它也具有其它生物共有的基本生命特征。
2.微生物学是研究微生物在一定条件下的形态结构、生理生化、遗传变异以及微生物的进化、分类、生态等生命活动规律及其应用的一门学科。诞生于19世纪中期，其奠基人是法国的巴斯德和德国的柯赫。20世纪获得全面发展，形成了许多分支学科。特别是40年代以后微生物学促进了整个生命科学的发展，跃居中心地位。
3.我国是最早知道利用微生物的少数国家之一。但作为一门学科发展起始于20世纪初，曾在某些病原菌的研究和防治以及微生物在工、农业上的应用和研究等方面，作出具国际先进水平的工作。近年来，在微生物基因组的研究工作方面与国际发展前沿接轨，在微生物应用方面已取得可喜成绩。
4.21世纪的微生物学将更加绚丽多彩。多学科的交叉、基因组研究的深入和扩展将使微生物学的基础研究及其应用出现前所未有的局面。
思 考 题
1.用具体事例说明人类与微生物的关系。
